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气液分离设备发明专利

更新时间:2024-07-01
气液分离设备发明专利 专利申请类型:发明专利;
源自:北京高价值专利检索信息库;

专利名称:气液分离设备

专利类型:发明专利

专利申请号:CN201911233004.3

专利申请(专利权)人:中国石油大学(北京)
权利人地址:北京市昌平区府学路18号

专利发明(设计)人:卢春喜,周闻,鄂承林,李子轩

专利摘要:本发明公开了一种气液分离设备,其涉及化工分离设备技术领域,所述气液分离设备包括:沿竖直方向延伸的外壳体,所述外壳体上具有排气口和排液口,所述排气口位于所述外壳体的上端,所述排液口位于所述外壳体的下端;设置在所述外壳体中沿竖直方向延伸的内壳体,所述内壳体的上端与所述外壳体相密封连接,所述内壳体的下端为敞口,所述外壳体与所述内壳体之间形成环状空间;插入所述外壳体并与所述内壳体相连通的进料管,所述进料管与所述内壳体之间具有用于将进料管中的流体以旋流的流动方式输出至所述内壳体中的旋流机构。本申请能够降低下行气流与上行气流在分离空间内的扰动,从而提高分离效率。

主权利要求:
1.一种气液分离设备,其特征在于,所述气液分离设备包括:
沿竖直方向延伸的外壳体,所述外壳体上具有排气口和排液口,所述排气口位于所述外壳体的上端,所述排液口位于所述外壳体的下端;
设置在所述外壳体中沿竖直方向延伸的内壳体,所述内壳体的上端与所述外壳体相密封连接,所述内壳体的下端为敞口,所述外壳体与所述内壳体之间形成环状空间;
插入所述外壳体并与所述内壳体相连通的进料管,所述进料管与所述内壳体之间具有用于将进料管中的流体以旋流的流动方式输出至所述内壳体中的旋流机构;
其中,所述外壳体的横截面呈圆形,所述内壳体的横截面呈圆形,所述内壳体的直径与所述外壳体的直径的比值在0.5至0.8之间,所述外壳体的长度与所述外壳体的直径比值在
1至3范围内,所述内壳体的长度与所述内壳体的直径比值在1至3范围内;所述进料管的横截面面积与所述内壳体的横截面面积之比在0.2至0.7之间;当外壳体的直径D取值为0.5m至8.0m时,内壳体的横截面的平均气速为1.8m/s至8.0m/s。
2.根据权利要求1所述的气液分离设备,其特征在于,所述进料管从所述外壳体的上方插入至所述内壳体中,所述进料管的下端为封闭的,所述旋流机构位于所述进料管的侧壁上。
3.根据权利要求1所述的气液分离设备,其特征在于,所述气液分离设备还包括:设置在所述外壳体内的格栅挡板,所述格栅挡板位于所述内壳体的下方,所述格栅挡板呈圆锥状,圆锥状的顶尖朝向所述内壳体;或所述格栅挡板呈圆柱形;当所述气液分离设备分离气液时,所述外壳体具有预设液位,所述格栅挡板高于所述预设液位。
4.根据权利要求1所述的气液分离设备,其特征在于,所述旋流机构输出的流体以第一方向旋流;所述内壳体下端的侧壁开设有开口,所述开口在水平方向上以第二方向进行延伸,所述第二方向与所述第一方向相反。
5.根据权利要求4所述的气液分离设备,其特征在于,所述内壳体下端周向外缘处具有折边,所述折边在径向向外方向上朝向斜下方延伸。
6.根据权利要求1所述的气液分离设备,其特征在于,所述气液分离设备还包括:设置在所述外壳体内的防冲挡板,所述防冲挡板呈圆锥状,圆锥状的顶尖朝向所述内壳体,所述防冲挡板位于所述内壳体的正下方,当所述气液分离设备分离气液时,所述外壳体具有预设液位,所述内壳体的下端面低于预设液位。
7.根据权利要求1所述的气液分离设备,其特征在于,所述内壳体由上到下呈渐缩趋势。
8.根据权利要求1所述的气液分离设备,其特征在于,所述内壳体为多个,多个所述内壳体绕所述进料管呈圆周分布;所述进料管从所述外壳体的上方插入所述外壳体,所述进料管输出的流体以切向流入至所述内壳体中。
9.根据权利要求1所述的气液分离设备,其特征在于,所述内壳体为多个,所述进料管从所述外壳体的上方插入所述外壳体,所述内壳体的上端与所述进料管通过分配器相连接,所述内壳体与所述分配器之间具有将所述分配器输出的流体以旋流的流动方式输出至所述内壳体中的螺旋导向叶片机构。 说明书 : 气液分离设备技术领域[0001] 本发明涉及化工分离设备技术领域,特别涉及一种气液分离设备。背景技术[0002] 气液分离设备广泛应用于能源和化工领域,主要应用于天然气输送净化、深海油气水分离、精馏塔/洗涤塔除雾分离和反应产物分离等。针对不同的应用背景,气液分离设备的结构和原理一般不同。目前采用离心分离原理的分离设备很多,这是由于离心力能达到重力数十倍甚至更多,故离心分离比重力分离具有更高的效率,并且离心分离器的优点是分离效率高、设备体积及占地面积小、易安装、操作灵活、运行稳定连续、无易损件、维护方便等。发明内容[0003] 现有的基于离心分离原理的气液旋流分离器多采用切流“反转式”的流动模式,只是对气液混合物进入分离器的入口结构中进行结构改进,从而实现对气液分离器进行结构创新。图1为现有技术中切流式反转式旋流分离器的结构示意图,如图1所示,气流经旋流分离器的入口沿切向进入分离设备,在旋流分离器的内部形成双旋涡流动,外旋流在筒壁附近主要进行向下的旋转流动,内旋流在筒中心区域进行向上的旋转流动。液滴在离心力的作用下与气相主体分离,运动到边壁位置后完成汇集并沿边壁下行至排液口排出分离器。净化后的气体沿径向或“反转”进入内旋流,最终经分离器顶端的排气芯管排出设备,从而完成气液的两相分离。[0004] 又例如,中国专利公开号为CN102533311A的专利中公开了一种轴流式超短接触旋流反应器,图2为现有技术中轴流式超短接触旋流反应器的结构示意图,如图2所示,这是一种带有螺旋导向叶片结构的轴流反转式分离器。气液两相混合物轴向进入分离器后在导向叶片的作用下能够进行切向旋转流动,而正是这种流动方式提供了气液两相分离所需的离心力。气流在分离空间内的流动方式与切流式反转式旋流分离器一致,均是气流在分离空间内完成“反转”运动。[0005] 申请人发现上述现有的切流反转旋风分离器和轴流式旋风分离器在实践应用中,单个分离设备在较优的分离效率区间内很难够满足大处理量的要求,并且气流在分离空间内会发生“反转”流动,下行气流与上行气流在分离空间内会有扰动存在,造成强烈的气流湍动和严重的短路流现象,这使部分微小液滴卷吸进入上行气流,通过夹带排出分离设备,降低了分离效率。在过高的气速下,液滴就会被气体剪切粉碎成更小的液滴,在反转式流动过程中夹带现象十分严重,对分离效率极为不利。且上述设备为了满足大处理量要求,通常采用多组分离设备并联的方式进行操作。但是多组分离设备并联组合后存在进气分布不均匀,各分离设备之间窜气现象明显的问题,这使得并联组合后的分离效率大幅度降低。[0006] 为了克服现有技术的上述缺陷,本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种气液分离设备,其能够降低下行气流与上行气流在分离空间内的扰动,从而提高分离效率。[0007] 本发明实施例的具体技术方案是:[0008] 一种气液分离设备,所述气液分离设备包括:[0009] 沿竖直方向延伸的外壳体,所述外壳体上具有排气口和排液口,所述排气口位于所述外壳体的上端,所述排液口位于所述外壳体的下端;[0010] 设置在所述外壳体中沿竖直方向延伸的内壳体,所述内壳体的上端与所述外壳体相密封连接,所述内壳体的下端为敞口,所述外壳体与所述内壳体之间形成环状空间;[0011] 插入所述外壳体并与所述内壳体相连通的进料管,所述进料管与所述内壳体之间具有用于将进料管中的流体以旋流的流动方式输出至所述内壳体中的旋流机构。[0012] 优选地,所述进料管从所述外壳体的上方插入至所述内壳体中,所述进料管的下端为封闭的,所述旋流机构位于所述进料管的侧壁上。[0013] 优选地,所述外壳体的横截面呈圆形,所述内壳体的横截面呈圆形,所述内壳体的直径与所述外壳体的直径的比值在0.5至0.8之间,所述外壳体的长度与所述外壳体的直径比值在1至3范围内,所述内壳体的长度与所述内壳体的直径比值在1至3范围内。[0014] 优选地,所述气液分离设备还包括:设置在所述外壳体内的格栅挡板,所述格栅挡板位于所述内壳体的下方,所述格栅挡板呈圆锥状,圆锥状的顶尖朝向所述内壳体;当所述气液分离设备分离气液时,所述外壳体具有预设液位,所述格栅挡板高于所述预设液位。[0015] 优选地,所述旋流机构输出的流体以第一方向旋流;所述内壳体下端的侧壁开设有开口,所述开口在水平方向上以第二方向进行延伸,所述第二方向与所述第一方向相反。[0016] 优选地,所述内壳体下端周向外缘处具有折边,所述折边在径向向外方向上朝向斜下方延伸。[0017] 优选地,所述气液分离设备还包括:设置在所述外壳体内的防冲挡板,所述防冲挡板呈圆锥状,圆锥状的顶尖朝向所述内壳体,所述防冲挡板位于所述内壳体的正下方,当所述气液分离设备分离气液时,所述外壳体具有预设液位,所述内壳体的下端面低于预设液位。[0018] 优选地,所述内壳体由上到下呈渐缩趋势。[0019] 优选地,所述内壳体为多个,多个所述内壳体绕所述进料管呈圆周分布;所述进料管从所述外壳体的上方插入所述外壳体,所述进料管输出的流体以切向流入至所述内壳体中。[0020] 优选地,所述内壳体为多个,所述进料管从所述外壳体的上方插入所述外壳体,所述内壳体的上端与所述进料管通过分配器相连接,所述内壳体与所述分配器之间具有将所述分配器输出的流体以旋流的流动方式输出至所述内壳体中的螺旋导向叶片机构。[0021] 本发明的技术方案具有以下显著有益效果:[0022] 1、本申请中的分离方式不存在环状空间中气流上转向运动的扰动作用,所以能够有效减小气流在内壳体内的湍动,利于液滴的聚结和分离。在内壳体内,过高的气速即使让部分液滴发生了破碎现象,但是无上行气流的夹带,液滴还是会从下端的排料口排出。因为液体具有表面张力,它具有一种特殊性质,即微小液滴融于液流之后,便很难在从液流中再脱离。利用此性质,在内壳体下端出口附近,已经通过离心分离出的液流可以吸收大部分的微小液滴。在流体进入环状空间前,大部分液体已经完成分离,被夹带的少量液体也可在环状空间内完成二次分离,最终达到极优的分离效果。而且本申请中的气液分离设备结构简单并且无机械部件,使用寿命长,易于安装和维修,相比于能够实现同种目的的其它气液分离设备,本申请在结构和操作简易程度上更具有优势。[0023] 2、由于气流在环状空间内不受内壳体中下转向运动的扰动影响,因此可以增大气液两相的切向速度,从而增大离心力,进一步提高分离效率。同时,还可以在保持较优的分离效率的区间内,大幅度的提高截面气速,从而提高单位时间的气流处理量。[0024] 参照后文的说明和附图,详细公开了本发明的特定实施方式,指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解,本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内,本发明的实施方式包括许多改变、修改和等同。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用,与其它实施方式中的特征相组合,或替代其它实施方式中的特征。附图说明[0025] 在此描述的附图仅用于解释目的,而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外,图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的,用于帮助对本发明的理解,并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下,可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。[0026] 图1为现有技术中切流式反转式旋流分离器的结构示意图;[0027] 图2为现有技术中轴流式超短接触旋流反应器的结构示意图;[0028] 图3为本申请实施例中气液分离设备在第一种实施方式下的结构示意图;[0029] 图4为本申请实施例中气液分离设备在第二种实施方式下的结构示意图;[0030] 图5为本申请实施例中气液分离设备在第三种实施方式下的结构示意图;[0031] 图6为本申请实施例中旋流机构和内壳体上开口的结构示意图;[0032] 图7为本申请实施例中旋流机构在另一种实施方式下的示意图;[0033] 图8为本申请实施例中气液分离设备在第四种实施方式下的结构示意图;[0034] 图9为本申请实施例中气液分离设备在第五种实施方式下的结构示意图。[0035] 以上附图的附图标记:[0036] 1、进料管;2、密封板;3、外壳体;4、旋流机构;5、内壳体;6、格栅挡板;7、排液口;8、预设液位;9、敞口;10、封堵板;11、排气口;12、开口;13、折边;14、填充结构;15、防冲挡板;16、螺旋导向叶片机构;17、环状空间;18、分配器。具体实施方式[0037] 结合附图和本发明具体实施方式的描述,能够更加清楚地了解本发明的细节。但是,在此描述的本发明的具体实施方式,仅用于解释本发明的目的,而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下,技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形,这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是,当元件被称为“设置于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的,并不表示是唯一的实施方式。[0038] 除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。[0039] 为了能够降低下行气流与上行气流在分离空间内的扰动,从而提高分离效率,在本申请中提出了一种气液分离设备,图3为本申请实施例中气液分离设备在第一种实施方式下的结构示意图,图4为本申请实施例中气液分离设备在第二种实施方式下的结构示意图,图5为本申请实施例中气液分离设备在第三种实施方式下的结构示意图,图8为本申请实施例中气液分离设备在第四种实施方式下的结构示意图,图9为本申请实施例中气液分离设备在第五种实施方式下的结构示意图,如图3至图5、图8至图9所示,本气液分离设备可以包括:沿竖直方向延伸的外壳体3,外壳体3上具有排气口11和排液口7,排气口11位于外壳体3的上端,排液口7位于外壳体3的下端;设置在外壳体3中沿竖直方向延伸的内壳体5,内壳体5的上端与外壳体3相密封连接,内壳体5的下端为敞口9,外壳体3与内壳体5之间形成环状空间17;插入外壳体3并与内壳体5相连通的进料管1,进料管1与内壳体5之间具有用于将进料管1中的流体以旋流的流动方式输出至内壳体5中的旋流机构4。[0040] 将气液混合流体从进料管1输入,通过进料管1与内壳体5之间的旋流机构4将进料管1中的流体以旋流的流动方式输出至内壳体5中,流体在内壳体5中以旋流流动的方式向下流动,流体中的气液两相在进入内壳体5内部后,通过离心分离原理进行气液分离。在内壳体5内,完成分离的液滴汇成液流,从内壳体5下端流出至环状空间17内,而后液流流至外壳体3下端的液体收集区完成分离,当液体达到一定程度时可以从排液口7排出。气体则从内壳体5下端先继续以旋流流动的方式由上向下流至外壳体3内,由于气体自身密度小,且排气口11设置在环状空间17的上端,因此气体会通过环状空间17再反向向上运动。在旋流流动和向上运动过程中,气体中夹带的部分液滴会受到重力和离心力的作用完成二次分离,最终净化后的气体从排气口11排出。即在内壳体5内气液两相做具有沿竖直方向向下趋势的“同向式”流动,在环状空间17内完成由原来的沿竖直方向向下趋势流动转变成具有沿竖直方向由下向上趋势的“反转式”流动,由此构成了本申请提出的同向与反转耦合式的强化分离新方式。[0041] 这种分离方式不存在环状空间17中气流上转向运动的扰动作用,所以能够有效减小气流在内壳体5内的湍动,利于液滴的聚结和分离。在内壳体5内,过高的气速即使让部分液滴发生了破碎现象,但是无上行气流的夹带,液滴还是会从下端的排料口排出。因为液体具有表面张力,它具有一种特殊性质,即微小液滴融于液流之后,便很难在从液流中再脱离。利用此性质,在内壳体5下端出口附近,已经通过离心分离出的液流可以吸收大部分的微小液滴。在流体进入环状空间17前,大部分液体已经完成分离,被夹带的少量液体也可在环状空间17内完成二次分离,最终达到极优的分离效果。而且本申请中的气液分离设备结构简单并且无机械部件,使用寿命长,易于安装和维修,相比于能够实现同种目的的其它气液分离设备,本申请在结构和操作简易程度上更具有优势。[0042] 另外,由于气流在环状空间17内不受内壳体5中下转向运动的扰动影响,因此可以增大气液两相的切向速度,从而增大离心力,进一步提高分离效率。同时,还可以在保持较优的分离效率的区间内,大幅度的提高截面气速,从而提高单位时间的气流处理量。[0043] 为了能够更好的了解本申请中的气液分离设备,下面将对其做进一步解释和说明。如图3所示,气液分离设备的外壳体3沿竖直方向延伸,其横截面大体呈圆形,外壳体3的上端可以通过密封板2进行封闭,外壳体3的下端具有一排液口7,其大体呈封闭状态,排液口7可以位于外壳体3底部的最低处。外壳体3的下端可以容纳一定的液体,从而达到预设液位8。当容纳的液体超过预设液位8时,可以开启排液口7以排出液体,从而使得液位保持在预设液位8处。外壳体3的上端处可以具有排气口11,排气口11可以位于外壳体3上端的侧壁上,其用于排出经过分离后形成的气体。[0044] 如图3所示,气液分离设备的内壳体5设置在外壳体3中,其沿竖直方向延伸。内壳体5的上端与外壳体3相密封连接。内壳体5的下端为敞口9,流体从内壳体5的下端排出进入外壳体3内。内壳体5的下端与外壳体3的底部具有一定的距离,同时,外壳体3与内壳体5之间形成环状空间17。在一种可行的实施方式中,如图3和图5所示,内壳体5由上到下可以呈渐缩趋势。[0045] 如图3所示,气液分离设备的进料管1插入外壳体3并与内壳体5相连通。进料管1从外壳体3的上方插入至内壳体5中,进料管1大体可以位于外壳体3的轴线上,进料管1用于向内壳体5中输出流体。通过上述方式进料管1可以避免对内壳体5或外壳体3与内壳体5之间形成的环状空间17中旋流的流体造成阻塞或扰动,有利于提高气液分离效率。[0046] 如图3所示,进料管1与内壳体5之间具有用于将进料管1中的流体以旋流的流动方式输出至内壳体5中的旋流机构4,从而使得流体在内壳体5中以旋流的流动方式由上向下流动。在一种可行的实施方式中,如图3所示,进料管1的下端通过安装有封堵板10的方式使其为封闭的,旋流机构4位于进料管1的侧壁上。旋流机构4具体位于进料管1侧壁的下端处。[0047] 气液两相的流体从进料管1进入,在封堵板10处遇堵利用惯性分离原理分离出部分液滴,此部分液滴汇成液流从旋流机构4进入内壳体5中。未分离的液滴和气体的流体从旋流机构4进入内壳体5中。旋流机构4将进料管1中的流体以旋流的流动方式输出至内壳体5中,由于流体中的气液两相存在密度差,所以在旋流流动的过程中利用离心分离原理对气液两相进行分离。分离下来的液体沿内壳体5内壁经过内壳体5下端进入外壳体3中。同时,其它流体也与分离下来的液体同向流动经过内壳体5下端进入外壳体3中。此时,进入环状空间17的气液两相流体发生了明显变化,大多数液滴已经汇聚成液流,流体中夹带的液滴含量明显变少。[0048] 在一种可行的实施方式中,图6为本申请实施例中旋流机构和内壳体上开口的结构示意图,如图6所示,旋流机构4包括旋流臂组,旋流臂组可以为多个,其绕进料管1的轴线呈圆周分布。旋流臂组具体可以为在进料管1的侧壁上向外突出的导流片,导流片与内壳体5的侧壁之间形成朝向非径向方向的流道,从而使得旋流机构4输出的流体以第一方向旋流。[0049] 在一种可行的实施方式中,图7为本申请实施例中旋流机构在另一种实施方式下的示意图,如图7所示,旋流臂组具体可以为连接在进料管1的侧壁上的弯管,弯管的末端朝向与进料管1的切线相平行,如此可以使得弯管输出的流体在内壳体5中进行旋流,避免与内壳体5的壁面冲击过大而造成流体速度的损失。弯管的末端的朝向可以呈水平或向下倾斜0至45度之间,如此可以便于旋流的流体向下流动。[0050] 如图3所示,在一种可行的实施方式中,气液分离设备可以包括:设置在外壳体3内的格栅挡板6,格栅挡板6位于内壳体5的下方。当气液分离设备分离气液时,外壳体3具有预设液位8,格栅挡板6高于预设液位8。考虑到气体和液流同时从内壳体5的下端排出,且气体速度较大,会旋转冲击外壳体3底部的液面,因此设置了格栅挡板6,格栅挡板6能够对向下冲击的气流进行遮挡,减少气流对外壳体3底部已形成液面的扰动破碎,从而增大对气液的分离效率。另外,格栅挡板6还可以消除气体的旋转流动,减少气体的动能损耗,减小压降。格栅挡板6的流通通道截面可以为圆或矩形或其它形状的图形等等,通道可竖直或倾斜设置,倾斜角度可以与水平面夹角在0至90度之间。格栅挡板6可为圆柱形结构,从而与外壳体3的形状相匹配。格栅挡板6可设置一层或者多层。格栅挡板6的开孔率在30%至90%之间效果较好。[0051] 在外壳体3内,自内壳体5中聚成的液流可经过格栅挡板6,在外壳体3底部建立预设液位8,液流积攒在外壳体3的底部,当液体超过预设液位8时,液体从排液口7排出。自内壳体5排出的气体虽然向下运动,但由于气体自身密度小,受到格栅挡板6的阻碍作用,且排气口11设置在环状空间17的上方,因此,气体在环状空间17内反转向上运动,在运动过程中,气体中若还有夹带的部分液滴会受到重力和离心力的作用完成二次分离,最终净化后的气体从排气口11排出,二次分离的液滴在外壳体3内壁上汇聚成液流,向下流动至外壳体3底部进行积攒。[0052] 气液两相在内壳体5内同向式流动,气流在环状空间17内发生反转式流动。在同向流动过程中,因为没有环状空间17内气流转向的扰动作用,液滴聚结分离效果显著。由于气流在内壳体5内不受上下转向运动的扰动影响,可以有效增大气液两相的切向速度,从而增大离心力,提高分离效率。同时,在保持较优的分离效率区间内,可以大幅度的提高截面气速,从而提高单位时间内的处理量。[0053] 如图4所示,在一种可行的实施方式中,格栅挡板6位于内壳体5的下方,格栅挡板6呈圆锥状,圆锥状的顶尖朝向内壳体5。当气液分离设备分离气液时,外壳体3具有预设液位8,格栅挡板6高于预设液位8。在该种实施方式中,圆锥状的格栅挡板6的锥角在20度至140度之间。通过上述结构可以有效分散从内壳体5向下排出的气体,便于气流从下行转至上行;同时可以防止气流冲击速度过大,对底部液面造成扰动破坏。[0054] 如图4和图6所示,在一种可行的实施方式中,旋流机构4输出的流体以第一方向旋流,那么,内壳体5下端的侧壁开设有开口12,开口12在水平方向上以第二方向进行延伸,第二方向与第一方向相反。该开口12可以为多个,其绕内壳体5的轴线呈周向排布。同时,还可以沿竖直方向排布。当然,该开口12也可以呈槽状,其沿竖直方向进行延伸。如图4所示,气液两相流体通过旋流机构4进入内壳体5中时,由于受到旋流机构4的作用,气液两相流体会做逆时针(第一方向)旋转运动。由于液体的惯性较大,在经过开口12时,会按照原旋转方向继续运动,而气体的惯性小,部分气体可以转向流动,即以顺时针方向(第二方向)流动,从所开的开口12中进入环状空间17,这样既可以减少进入环状空间17内气体的夹带量,也能减少从内壳体5下端排出的气体速度。如图3和图5所示,当内壳体5由上到下可呈渐缩趋势时,且在内壳体5渐缩的部分上具有开口12时,气体从旋流机构4进入内壳体5中后,刚开始由于具有较强的旋转强度,能够为气液离心分离提供充足的动力。但是由于气体在运动过程中能量的损耗,旋转强度势必逐渐减小。那么在内壳体5的下端设置一渐缩结构就具有十分有利的效果。在渐缩区域内,由于内壳体5的截面积逐渐减小,气体受到聚集作用,其旋转强度会增强,从而利于气液分离。另外,内壳体4末端的渐缩区域总的横截面面积较小,这样能够将已分离的液流和气体中夹带的小液滴聚集在一起,更有利于液流吸收气体中夹带的小液滴,从而达到提高气液分离效率的目的。[0055] 如图4所示,在一种优选的实施方式中,内壳体5下端周向外缘处具有折边13,折边13在径向向外方向上朝向斜下方延伸。折边13与内壳体5外壁的竖直夹角为0至90度,折边13可以为环状实心结构,也可为环状打孔结构。当气流反转向上流动时,有可能夹带从内壳体5下端排出的液体上行,折边13一方面可以使液体易于从内壳体5下端排出,另一方面可以减少上行气流对向下排出的液流的干扰。[0056] 如图5所示,在一种可行的实施方式中,气液分离设备可以包括:设置在外壳体3内的防冲挡板15,防冲挡板15呈圆锥状,圆锥状的顶尖朝向内壳体5,防冲挡板15位于内壳体5的正下方,当气液分离设备分离气液时,外壳体3具有预设液位8,内壳体5的下端面低于预设液位8。在该种实施方式中,圆锥状的防冲挡板15的锥角在20度至140度之间。将内壳体5的下端伸入液面之下可以有效消除从内壳体5下端排出的液流被上行气流所夹带的影响。液体内部之间表面张力较大,微小液滴融入液流之后,便很难再从液流中逃逸出来,这样便可以大幅度提高液体收集效率。防冲挡板15的目的是让位于防冲挡板15以下的液体基本不受气流扰动,故液体可从排液口7平稳排出,且不会夹带气体。呈圆锥状的防冲挡板15可以有效的将下行冲击气流分散,减小气流下行的轴向速度,减小气流对液体内部的冲击影响,同时引导气流发生转向,使液面之下的气流可迅速向上运动排出。[0057] 如图5所示,在一种可行的实施方式中,在环状空间17中设置有填充结构14。填充结构14可以呈圆柱形或锥形结构,填充材料可以包括丝网、瓷环等等。填充结构14的作用是进一步对上行气流进行净化,因为上行气流中可能会夹带少量的液体,利用此填充结构14可以进一步对液体进行分离,从而增大分离效率。[0058] 在上述多个实施方式中,外壳体3的横截面呈圆形,内壳体5的横截面呈圆形。在一种可行的实施方式中,外壳体3的直径表示为D,内壳体5的直径与外壳体3的直径的比值在0.5至0.8之间,外壳体3的长度与外壳体3的直径比值在1至3范围内,内壳体5的长度与内壳体5的直径比值在1至3范围内。内壳体5下端的直径与外壳体3的直径的比值在0.2至0.8之间。进料管1的横截面呈圆形,进料管1的横截面面积与内壳体5的横截面面积之比在0.2至0.7之间,旋流机构4出口的总截面积与内壳体5横截面面积之比在0.1至0.6之间。当外壳体3的直径D取值为0.5m至8.0m时,内壳体5的横截面的平均气速为1.8m/s至8.0m/s。通过模拟计算发现,本申请中的气液分离设备的各个部件的参数在上述范围下时可以使得气液分离设备保持在较优的分离效率区间内。[0059] 在本申请中还公开了一种气液分离设备,其可以应用在切流式气液分离设备上。如图8所示,其区别点在于,进料管1与内壳体5的相对设置方式不同。在本实施例中,内壳体5为多个,多个内壳体5绕进料管1呈圆周分布。进料管1从外壳体3的上方插入外壳体3,进料管1管壁上的多个出口与内壳体5的上端侧壁处相连接,以使得进料管1输出的流体以切向流入至内壳体5中。气液两相流体在内壳体5内同向式流动,气流在环状空间17内发生反转式流动。气液两相了流体从进料管1分配至各内壳体5中时,可采用已有的常规分配技术。利用上述结构可以在保持较优的分离效率区间内,大幅度的提高截面气速,从而提高单位时间内的处理量。[0060] 在本申请中还公开了一种气液分离设备,其可以应用在轴流式气液分离设备上。如图9所示,其区别点在于,气液两相流体进入内壳体5的方式。在本实施例中,内壳体5为多个,进料管1从外壳体3的上方插入外壳体3,内壳体5的上端与进料管1通过分配器18相连接,内壳体5与分配器18之间具有将分配器18输出的流体以旋流的流动方式输出至内壳体5中的螺旋导向叶片机构16。气液两相流体从进料管1分配至各内壳体5中时,可采用已有的常规分配技术。利用上述结构可以在保持较优的分离效率区间内,大幅度的提高截面气速,从而提高单位时间内的处理量。[0061] 上述应用本申请中提出的同向与反转耦合式的强化分离新方式的气液分离设备可以是基于现有技术中的切流反转旋风分离器和轴流式旋风分离器进行改造而成,将现有切流反转旋风分离器和轴流式旋风分离器排气口改装成进料管,进气口则改装成排气口,再安装相应的内壳体和/或分配器等部件,从而实现对现有旋风分离器改造,可以有效降低设备更新换代的成本。[0062] 披露的所有文章和参考资料,包括专利申请和出版物,出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”,旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地,单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。[0063] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

专利地区:北京

专利申请日期:2019-12-05

专利公开日期:2024-06-18

专利公告号:CN110787597B

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